Устройства защитного отключения (УЗО)

УЗО обеспечивают высокую степень защиты людей от поражения электрическим током при прямом и косвенном прикосновении, а также снижение пожарной опасности электроустановок. Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

Основные функциональные блоки УЗО представлены ниже на примере их использования в однофазных цепях (рис. 7.3 и 7.4).

Рис. 7.3. Структура устройства защитного отключения

Электромеханическое УЗО (см. рис. 7.3) функционально не зависит от напряжения питания; источником выполнения защитных функций является дифференциальный ток.

«Электронное» УЗО (см. рис. 7.4) функционально зависит от напряжения питания. Источником выполнения защитных функций является либо контролируемая сеть, либо внешний источник. Это ограничивает их применение.

Рис. 7.4. «Электронное» УЗО с функцией отключения от сети

защищаемой электроустановки при исчезновении напряжения питания:

1 – дифференциальный трансформатор тока; 2 – электронный усилитель;

3 – цепь теста; 4 – удерживающее электромагнитное реле;

5 – блок управления; Н – нагрузка; Т – кнопка «Тест»

В нормальном режиме (см. рис. 7.3), при отсутствии тока утечки I_Δ, векторная сумма токов, проходящих через окно магнитопровода дифференциального трансформатора тока (1), равна нулю ∑ I = 0, т. к. I₁ = I₂ . Магнитный поток Ф = 0 и ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока и пусковом органе (2) равен нулю. Он находится в состоянии покоя. Пусковой орган выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на котором произошел пробой изоляции, появляется дополнительный ток – ток утечки I_Δ, являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках (I₁+ I_Δ) в фазном проводе и I₂ в нейтральном проводе приводит к тому, что магнитный поток Ф ≠ 0. Наводится электродвижущая сила, и возникает ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа (2), то последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм (3). Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. Защищаемая электроустановка обесточивается. Для периодического контроля исправности УЗО предусмотрена цепь тестирования (4). При нажатии кнопки «Тест» (Т) искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно исправно. Необходимость применения УЗО определяется проектной организацией исходя из обеспечения безопасности в соответствии с требованиями заказчика и утвержденными в установленном порядке стандартами и нормативными документами [13, 15, 19].

УЗО, как и устройства защиты от сверхтока, относятся к дополнительным видам защиты человека от поражения при косвенном прикосновении, обеспечиваемой путем автоматического отключения питания. При малых токах замыкания, снижении уровня изоляции, а также при обрыве нулевого защитного проводника зануление недостаточно эффективно. В этих случаях УЗО является единственным средством защиты человека от поражения электрическим током. В основе действия защитного отключения как электрозащитного средства лежит принцип ограничения продолжительности протекания тока через тело человека при непреднамеренном прикосновении его к элементам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 7.5).

0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 2000 10000 I, мА

Рис. 7.5. График областей физиологического действия на человека переменноготока (50-60 Гц) по МЭК479-94 и времятоковые характеристики УЗО t = f(I):

1 – неощутимые токи; 2 – ощутимые, но не вызывающие физиологических

нарушений; 3 – ощутимые, но не вызывающие опасность фибрилляции сердца;

4 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность

≤ 5 %); 5 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность ≤ 50 %); 6 – ощутимые, вызывающие опасность фибрилляции сердца (вероятность ≥ 50 %);

А и В – времятоковые характеристики УЗО (I _Δn = 10 мА и I _Δn = 30 мА)

Для защиты от поражения электрическим током УЗО, как правило, должно применяться в отдельных групповых линиях.

Суммарная величина тока утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должна превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных о токах утечки электроприемников его следует принимать из расчета 0,3 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети – из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника.

Другим, не менее важным свойством УЗО является его способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования. По данным ВНИИПО МЧС РФ, более трети всех пожаров имеют электротехническое происхождение. Возгорания возникают в результате нагрева проводников, искрения в месте плохого электрического контакта, утечки тока по загрязнениям, пыли и т. п. с неизолированных участков цепи, искрения, горения электрической дуги на каком-либо элементе, вызванных токами короткого замыкания. Причина коротких замыканий – токи утечки.

Технические параметры УЗО нормируются ГОСТ Р 50807-95. Применение нормируется ПУЭ [13, 15]. Схема установки УЗО приведена в прил. 3.